《金属材料学》教学大纲课程编号：B04040700课程名称：金属材料学英文名称：MetalMaterials课程性质：专业必修课学时/学分：48/3.00考核方式：考试先修课程：材料科学基础、材料力学性能后继课程：材料热处理及设备，金属材料专业实验适用专业及层次：材料科学与工程及相关专业本科生大纲执笔人：彭红瑞大纲审核人：于立岩一、课程性质与目标金属材料学是金属材料工程专业一门重要的专业课，要求学生掌握金属材料的基本知识、金属材料的合金化原理、钢铁材料中常用的合金元素及其作用，以及有色金属的强化原理和工艺等：系统学习各类金属材料及其用途，典型牌号金属材料的热处理工艺，了解金属材料的最新研究成果及科研动向。从而丰富和拓宽学生在金属材料学方面的知识，为培养专业素质打下坚实的基础。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标：课程目标1：了解金属材料的发展史，掌握金属材料合金化的基本原理，掌握金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系，掌握金属材料的强化机理等。课程目标2：能够根据具体零部件的服役条件、失效形式，确定应对方法，选择适用的金属材料，确定合适的热处理工艺。课程目标3：针对金属材料的复杂工程问题，进行合理选材，确定加工路线，设计热处理工艺，满足特定服役条件的需求。课程目标4：能够基于科学原理对金属材料的成分设计、材料制备及加工成型工艺、热处理工艺等设计可行的实验方案及分析结果。二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系指标点毕业要求课程目标毕业要求1.能够将数1-3.能够根据模型将工程基础和专业学、自然科学、工程基础和知识用于金属材料的成分、组织结课程目标1专业知识用于分析和解决金构、性能与其服役行为间关系的分析和优化。属材料工程领域中的复杂工程问题。毕业要求2.问题分析：2-2.能够通过对金属材料的复杂工程课程目标2问题进行分析、预测、评估，正确表能够应用数学、自然科学、1
1 《金属材料学》教学大纲 课程编号：B04040700 课程名称：金属材料学 英文名称：Metal Materials 课程性质：专业必修课 学时/学分：48/3.00 考核方式： 考试 先修课程： 材料科学基础、材料力学性能 后继课程：材料热处理及设备，金属材料专业实验 适用专业及层次： 材料科学与工程及相关专业本科生 大纲执笔人： 彭红瑞 大纲审核人： 于立岩 一、课程性质与目标 金属材料学是金属材料工程专业一门重要的专业课，要求学生掌握金属材料的基本 知识、金属材料的合金化原理、钢铁材料中常用的合金元素及其作用，以及有色金属的强化 原理和工艺等；系统学习各类金属材料及其用途，典型牌号金属材料的热处理工艺，了解金 属材料的最新研究成果及科研动向。从而丰富和拓宽学生在金属材料学方面的知识，为培养 专业素质打下坚实的基础。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标： 课程目标 1：了解金属材料的发展史，掌握金属材料合金化的基本原理，掌握金属材料 的成分、工艺、组织、性能及应用的关系，掌握金属材料的强化机理等。 课程目标 2：能够根据具体零部件的服役条件、失效形式，确定应对方法，选择适用的 金属材料，确定合适的热处理工艺。 课程目标 3：针对金属材料的复杂工程问题，进行合理选材，确定加工路线，设计热处 理工艺，满足特定服役条件的需求。 课程目标 4：能够基于科学原理对金属材料的成分设计、材料制备及加工成型工艺、热 处理工艺等设计可行的实验方案及分析结果。 二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求 1. 能够将数 学、自然科学、工程基础和 专业知识用于分析和解决金 属材料工程领域中的复杂工 程问题。 1-3. 能够根据模型将工程基础和专业 知识用于金属材料的成分、组织结 构、性能与其服役行为间关系的分析 和优化。 课程目标 1 毕业要求 2. 问题分析： 能够应用数学、自然科学、 2-2. 能够通过对金属材料的复杂工程 问题进行分析、预测、评估，正确表 课程目标 2
达复杂工程问题的解决方案。材料科学与工程的基础理论知识和金属材料的专业知识，识别、表达复杂工程问题的关键环节、参数与解决方案，并能够通过文献研究对具体的复杂工程问题进行分析，以获得有效结论。毕业要求3.设计/开发解决方案：能够综合利用所学的基础理论知识和专业知识，针对金属材料工程领域3-3.能够基于金属材料的成分、组织中的复杂工程问题，设计和结构、生产工艺、性能的基本规律，优化材料成分、材料加工工课程目标3针对金属材料的复杂工程问题，通过艺、热处理工艺、防腐工艺合理选材，或设计/开发加工技术及工艺流程，满足特定需求。等，满足特定的产品需求，并能够在方案设计及优化中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的影响。毕业要求4.研究：能够基于材料科学原理和金属材4-2.能够基于科学原理并采用科学方料工程的专业知识并采用科法对金属材料成分设计、材料制备及课程目标4学方法对复杂工程问题开展加工成型工艺、热处理工艺、防腐技研究，包括设计实验、分析术等设计可行的实验方案。与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。三、教学基本内容及要求绪论（支撑课程目标1）金属材料的过去、现在和将来第一章：钢的合金化原理（支撑课程目标1）1.Me和Fe基二元相图2.铁基固溶体3.Me在钢中的存在形式4.合金钢中的相变5.Me对钢强韧化的作用6.Me对钢工艺性的影响7．微量元素在钢中的作用8.金属材料的环境协调性设计9.合金钢的分类和牌号10.部分国外钢材牌号简介11.钢材的常见冶金质量缺陷2
2 材料科学与工程的基础理论 知识和金属材料的专业知 识，识别、表达复杂工程问 题的关键环节、参数与解决 方案，并能够通过文献研究 对具体的复杂工程问题进行 分析，以获得有效结论。 达复杂工程问题的解决方案。 毕业要求 3. 设计/开发解 决方案：能够综合利用所学 的基础理论知识和专业知 识，针对金属材料工程领域 中的复杂工程问题，设计和 优化材料成分、材料加工工 艺、热处理工艺、防腐工艺 等，满足特定的产品需求， 并能够在方案设计及优化中 体现创新意识，考虑社会、 健康、安全、法律、文化以 及环境等因素的影响。 3-3. 能够基于金属材料的成分、组织 结构、生产工艺、性能的基本规律， 针对金属材料的复杂工程问题，通过 合理选材，或设计/开发加工技术及 工艺流程，满足特定需求。 课程目标 3 毕业要求 4. 研究：能够 基于材料科学原理和金属材 料工程的专业知识并采用科 学方法对复杂工程问题开展 研究，包括设计实验、分析 与解释数据，并通过信息综 合得到合理有效的结论。 4-2. 能够基于科学原理并采用科学方 法对金属材料成分设计、材料制备及 加工成型工艺、热处理工艺、防腐技 术等设计可行的实验方案。 课程目标 4 三、教学基本内容及要求 绪论（支撑课程目标 1） 金属材料的过去、现在和将来 第一章： 钢的合金化原理 （支撑课程目标1） 1. Me和Fe基二元相图 2. 铁基固溶体 3. Me在钢中的存在形式 4. 合金钢中的相变 5. Me对钢强韧化的作用 6. Me对钢工艺性的影响 7. 微量元素在钢中的作用 8. 金属材料的环境协调性设计 9. 合金钢的分类和牌号 10.部分国外钢材牌号简介 11.钢材的常见冶金质量缺陷
要求学生：掌握钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，铁基固溶体的形式：掌握钢铁材料中常用的合金元素及其在钢中的作用：掌握合金元素在钢中的存在形式、合金元素对合金钢相变的影响；掌握合金元素对钢强韧化的作用及对钢工艺性的影响、微量元素在钢中的作用：掌握金属材料的环境协调性设计的原则，掌握中国合金钢的分类和牌号，了解国外主要钢材牌号，了解钢材中常见治金质量缺陷等。教学重点：钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，钢铁材料中常用的合金元素及其在钢中的作用；合金元素在钢中的存在形式、合金元素对合金钢相变的影响；合金元素对钢强韧化的作用及对钢工艺性的影响以及微量元素在钢中的作用等。教学难点：钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，钢铁材料中常用的合金元素及其在钢中的作用及在钢中的分布：合金元素在钢中的存在形式、合金元素对合金钢的相变及性能的影响：微量元素在钢中的作用等。：第二章工程结构钢（支撑课程目标1、2、3、4）1.．工程结构钢的基本要求2.低合金高强度结构钢的合金化3.铁素体-珠光体钢4.微珠光体低合金高强度钢5.针状铁素体钢6.低碳贝氏体和马氏体钢7.双相钢8.低碳钢常见缺陷要求学生：掌握工程结构钢的基本要求，低合金高强度结构钢的合金化的原则，掌握常用合金结构钢的组织形态，如铁素体-珠光体钢，微珠光体低合金高强度钢等。掌握常用提高工程结构钢强度的途径（控轧、控冷、合金化等），了解工程构件用钢的发展趋势。教学重点：掌握工程结构钢的基本要求，低合金高强度结构钢的合金化的原则，掌握常用合金结构钢的组织形态，如铁素体-珠光体钢，微珠光体低合金高强度钢等。掌握常用提高工程结构钢强度的途径（控轧、控冷、合金化等）。教学难点：提高工程结构钢强度的合金化原则和提高性能的途径（控轧、控冷、合金化等）。第三章机器零件用钢（支撑课程目标1、2、3、4）1.述机器零件用钢一般性能要求2.整体强化态钢如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢。3.表面强化态钢如渗碳钢、氮化钢、4.高锰耐磨钢5.零件材料选择基本原则要求学生：掌握各类机器零件用钢（如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等）的性能要求，典型的热处理工艺以及适合的服役条件等。教学重点：各类机器零件用钢（如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等）的性能要求，典型的热处理工艺以及适合的服役条件等。教学难点：常用机器零件用钢的合金化原则和性能要求，通过热处理达到所要求的性能等，理解典型机器零件用钢的选材思路和发展。第四章工模具用钢（支撑课程目标1、2、3、4）1.概述3
3 要求学生：掌握钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，铁基固溶体的形式； 掌握钢铁材料中常用的合金元素及其在钢中的作用；掌握合金元素在钢中的存在形式、合金元素 对合金钢相变的影响；掌握合金元素对钢强韧化的作用及对钢工艺性的影响、 微量元素在钢中 的作用；掌握金属材料的环境协调性设计的原则，掌握中国合金钢的分类和牌号，了解国外主要 钢材牌号，了解钢材中常见冶金质量缺陷等。 教学重点：钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，钢铁材料中常用的合金元 素及其在钢中的作用；合金元素在钢中的存在形式、合金元素对合金钢相变的影响；合金元素对 钢强韧化的作用及对钢工艺性的影响以及 微量元素在钢中的作用等。 教学难点：钢铁材料合金化原理，合金元素与Fe形成的二元相图，钢铁材料中常用的合金元 素及其在钢中的作用及在钢中的分布；合金元素在钢中的存在形式、合金元素对合金钢的相变及 性能的影响； 微量元素在钢中的作用等。； 第二章 工程结构钢（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 工程结构钢的基本要求 2. 低合金高强度结构钢的合金化 3. 铁素体-珠光体钢 4. 微珠光体低合金高强度钢 5. 针状铁素体钢 6. 低碳贝氏体和马氏体钢 7. 双相钢 8. 低碳钢常见缺陷 要求学生：掌握工程结构钢的基本要求， 低合金高强度结构钢的合金化的原则，掌握常用 合金结构钢的组织形态，如 铁素体-珠光体钢， 微珠光体低合金高强度钢等。掌握常用提高工 程结构钢强度的途径（控轧、控冷、合金化等），了解工程构件用钢的发展趋势。 教学重点：掌握工程结构钢的基本要求， 低合金高强度结构钢的合金化的原则，掌握常用 合金结构钢的组织形态，如 铁素体-珠光体钢， 微珠光体低合金高强度钢等。掌握常用提高工 程结构钢强度的途径（控轧、控冷、合金化等）。 教学难点：提高工程结构钢强度的合金化原则和提高性能的途径（控轧、控冷、合金化等）。 第三章 机器零件用钢（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 述机器零件用钢一般性能要求 2. 整体强化态钢如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢。 3. 表面强化态钢如渗碳钢、氮化钢、 4. 高锰耐磨钢 5. 零件材料选择基本原则 要求学生：掌握各类机器零件用钢（如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨 钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等）的性能要求，典型的热处理工艺以及适合的服役条件等。 教学重点：各类机器零件用钢（如调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、 渗碳钢、氮化钢、非调质钢等）的性能要求，典型的热处理工艺以及适合的服役条件等。 教学难点：常用机器零件用钢的合金化原则和性能要求，通过热处理达到所要求的性能等， 理解典型机器零件用钢的选材思路和发展。 第四章 工模具用钢（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 概述
2.碳素钢及低合金工具钢3.高速钢4.冷作模具钢5.热作模具钢6.其它类型工具用钢7.硬质合金要求学生：掌握工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，掌握碳素工具钢、低合金工具钢的热处理特点，典型钢种的热处理工艺等，掌握高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典型钢种的热处理工艺等：掌握冷、热模具服役条件、性能要求和钢的合金化、热处理之间的关系。了解硬质合金的性能，应用等，了解工模具钢的表面处理方法。教学重点：工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，低合金工具钢的合金化，典型热处理工艺等，掌握高速钢的合金化及组织、性能、热处理工艺等。掌握冷作模具钢、热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点等。教学难点：工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，低合金工具钢的合金化，典型热处理工艺等，高速钢的合金化、热处理工艺等。冷作模具钢、热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点等。第五章不锈钢（支撑课程目标1、2、3、4）1.概述2.影响不锈钢组织和性能的因素3.铁素体不锈钢4.马氏体不锈钢5.奥氏体不锈钢学生要求：掌握影响不锈钢组织和性能的因素，提高钢的抗蚀性途径，掌握铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性能特点。教学重点：影响不锈钢组织和性能的因素，提高钢的抗蚀性途径，铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性能特点。教学难点：提高钢的抗蚀性途径，铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性能特点。不同组织不锈钢的耐蚀原理，适用环境，性能特点等。第六章耐热钢（支撑课程目标1、2、3、4）1.基本概念蠕变及蠕变极限，持久强度，应力松弛等。2.热强钢3.抗氧化钢学生要求：掌握基本概念如蠕变、蠕变极限、持久强度、应力松弛等。掌握热强钢、抗氧化钢的热稳定性与钢的成分、组织关系，掌握热强钢的合金化原理，掌握珠光体型热强钢，马氏型热强钢成分设计及性能特点。教学重点：热强钢的合金化，珠光体型热强钢，马氏型热强钢成分设计及性能特点。教学难点：热强钢的合金化。第七章铸铁（支撑课程目标1、2、3、4）1.铸铁石墨化及影响因素2.石墨的形成及生长3.灰铸铁4
4 2. 碳素钢及低合金工具钢 3. 高速钢 4. 冷作模具钢 5. 热作模具钢 6. 其它类型工具用钢 7. 硬质合金 要求学生：掌握工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，掌握碳素工具钢、低合金工具 钢的热处理特点，典型钢种的热处理工艺等，掌握高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典 型钢种的热处理工艺等；掌握冷、热模具服役条件、性能要求和钢的合金化、热处理之间的关系。 了解硬质合金的性能，应用等，了解工模具钢的表面处理方法。 教学重点：工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，低合金工具钢的合金化，典型热处 理工艺等，掌握高速钢的合金化及组织、性能、热处理工艺等。掌握冷作模具钢、热作模具钢的 性能要求、合金化、热处理特点等。 教学难点：工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类，低合金工具钢的合金化，典型热处 理工艺等，高速钢的合金化、热处理工艺等。冷作模具钢、热作模具钢的性能要求、合金化、热 处理特点等。 第五章 不锈钢（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 概述 2. 影响不锈钢组织和性能的因素 3. 铁素体不锈钢 4. 马氏体不锈钢 5. 奥氏体不锈钢 学生要求：掌握影响不锈钢组织和性能的因素，提高钢的抗蚀性途径，掌握铁素体不锈钢、 马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性能特点。 教学重点：影响不锈钢组织和性能的因素，提高钢的抗蚀性途径，铁素体不锈钢、马氏体不 锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性能特点。 教学难点：提高钢的抗蚀性途径，铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢的组织、性 能特点。不同组织不锈钢的耐蚀原理，适用环境，性能特点等。 第六章 耐热钢（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 基本概念 蠕变及蠕变极限，持久强度，应力松弛等。 2. 热强钢 3. 抗氧化钢 学生要求：掌握基本概念如蠕变、蠕变极限、持久强度、应力松弛等。掌握热强钢、抗氧化 钢的热稳定性与钢的成分、组织关系，掌握热强钢的合金化原理，掌握珠光体型热强钢，马氏型 热强钢成分设计及性能特点。 教学重点：热强钢的合金化，珠光体型热强钢，马氏型热强钢成分设计及性能特点。 教学难点：热强钢的合金化。 第七章 铸铁（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 铸铁石墨化及影响因素 2. 石墨的形成及生长 3. 灰铸铁
4.球墨铸铁5.蠕墨铸铁6.可锻铸铁7.铸铁的合金化及特殊性能铸铁8.铸铁的热处理可锻铸铁的石墨形态及对性能的影响。掌握铸铁的热处理，了解铸铁的合金化及特殊性能铸铁等。教学重点：铸铁的成分特点、影响石墨化的因素；掌握灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的石墨形态及对性能的影响。掌握铸铁的热处理，了解铸铁的合金化及特殊性能铸铁等。教学难点：铸铁的石墨化，石墨形态和基体组织对性能影响：灰铸铁、球墅铸铁、蠕铸铁以及可锻铸铁的性能和热处理。第八章铝合金（支撑课程目标1、2、3、4）1.铝合金的热处理及时效强化2.铝合金的强化方式3.变形铝合金4.铸造铝合金5.铝合金的热处理与时效强化要求学生：掌握铝合金的合金化原理及铝合金的强化方法，掌握变形铝合金、铸造铝合金的组织形态及性能，掌握铝合金的热处理与时效强化等。教学重点：铝合金的合金化原理，铝合金的强化方法；变形铝合金、铸造铝合金的组织形态及性能，铝合金的热处理与时效强化等。教学难点：铝合金的合金化原理，铝合金的强化方法。第九章铜合金（支撑课程目标1、2、3、4）1.黄铜2.青铜要求学生：掌握黄铜、青铜的成分、特性、用途。教学重点：黄铜、青铜等合金的成分、性能及用途。教学难点：黄铜、青铜的成分与性能的关系。第十章钛合金（支撑课程目标1、2、3、4）1.钛合金的合金化原理2.常用钛合金3.钛及钛合金的发展与应用要求学生：掌握钛的合金化原理，常用合金元素，掌握常用钛合金的热处理工艺：掌握常用钛合金的组织形态。教学重点：钛的合金化原理，常用合金元素，常用钛合金的热处理工艺等。教学难点：钛合金的合金化，强化原理。第11章其它有色合金（支撑课程目标1、2、3、4）1.镁合金2.锌合金3.滑动轴承合金要求学生：掌握镁合金的特性、用途，了解锌合金、滑动轴承合金的成分及组织。5
5 4. 球墨铸铁 5. 蠕墨铸铁 6. 可锻铸铁 7. 铸铁的合金化及特殊性能铸铁 8. 铸铁的热处理 可锻铸铁的石墨形态及对性能的影响。掌握铸铁的热处理，了解铸铁的合金化及特殊性能铸 铁等。 教学重点：铸铁的成分特点、影响石墨化的因素；掌握灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻 铸铁的石墨形态及对性能的影响。掌握铸铁的热处理，了解铸铁的合金化及特殊性能铸铁等。 教学难点：铸铁的石墨化，石墨形态和基体组织对性能影响；灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 以及可锻铸铁的性能和热处理。 第八章 铝合金（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 铝合金的热处理及时效强化 2. 铝合金的强化方式 3. 变形铝合金 4. 铸造铝合金 5. 铝合金的热处理与时效强化 要求学生：掌握铝合金的合金化原理及铝合金的强化方法，掌握变形铝合金、铸造铝合金的 组织形态及性能，掌握铝合金的热处理与时效强化等。 教学重点：铝合金的合金化原理，铝合金的强化方法；变形铝合金、铸造铝合金的组织形态 及性能，铝合金的热处理与时效强化等。 教学难点：铝合金的合金化原理，铝合金的强化方法。 第九章 铜合金（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 黄铜 2. 青铜 要求学生：掌握黄铜、青铜的成分、特性、用途。 教学重点：黄铜、青铜等合金的成分、性能及用途。 教学难点：黄铜、青铜的成分与性能的关系。 第十章 钛合金（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 钛合金的合金化原理 2. 常用钛合金 3. 钛及钛合金的发展与应用 要求学生：掌握钛的合金化原理，常用合金元素，掌握常用钛合金的热处理工艺；掌握常用 钛合金的组织形态。 教学重点：钛的合金化原理，常用合金元素，常用钛合金的热处理工艺等。 教学难点：钛合金的合金化，强化原理。 第 11 章 其它有色合金（支撑课程目标 1、2、3、4） 1. 镁合金 2. 锌合金 3. 滑动轴承合金 要求学生：掌握镁合金的特性、用途，了解锌合金、滑动轴承合金的成分及组织